Der filamentöse Pilz Aspergillus niger zeichnet sich durch eine hohe Sekretionskapazität aus und hat besondere Bedeutung für die industrielle Herstellung von Zitronensäure sowie verschiedener Enzyme wie Amylasen, Pektinasen und Proteasen. Auf intrazellulärer Ebene ist die Produktsekretion das Ergebnis von Transportvorgängen, bei denen gebildete Proteine in sekretorischen Vesikeln verkapselt, zur Zellmembran transportiert und, schließlich, durch Fusion mit selbiger in den extrazellulären Raum entlassen werden. Außerdem werden sekretorische Vesikel als Cargo-Vehikel für Zellwandmaterial genutzt, wodurch neue Zellwand aufgebaut und existierende Zellwand verstärkt werden können. Sekretorische Vesikel haben damit sowohl Einfluss auf das Wachstum als auch auf die Sekretion von intrazellulären Metaboliten und haben somit eine Doppelfunktion. Die vorliegende Arbeit untersucht den Vesikeltransport auf zwei methodisch unterschiedlichen Wegen: Zunächst werden, im ersten Hauptteil, die sekretorischen Vesikel in Aspergillus niger mathematisch über das Zellwachstum abgebildet. Mit diesem Ziel wird ein mechanistisches Modell aufgebaut, in dem sekretorische Vesikel entlang von Hyphen transportiert und zum Zwecke des Wachstums an der Hyphenspitze verbraucht werden. Das Modell wird beispielhaft an konfokale Messdaten mehrerer junger Keimlinge in Flüssigkultur angepasst. Die Verteilung der sekretorischen Vesikel im Pilz wird durch ein fluoreszierendes Markerprotein intrazellulär sichtbar gemacht und zusammen mit der Gesamtlänge der Hyphe durch bildanalytische Methoden extrahiert. Die angepassten Längen- und Vesikelverläufe belegen die generelle Eignung des Modells, die Dynamik der Etablierung einer hohen Vesikeldichte an den Spitzen junger Keimschläuche in Aspergillus niger zu beschreiben. Die Annahme, dass die effektive Transportgeschwindigkeit der sekretorischen Vesikel zur Spitze hin abnimmt, führte zu einer Transportdynamik, welche die gemessene Akkumulation sekretorischer Vesikel im Spitzenbereich nachstellte. Im zweiten Hauptteil dieser Arbeit wird der Einfluss des hydrodynamischen Stresses auf die sekretorischen Vesikel untersucht. Hierfür wird eine neuartige Wachstumskammer entwickelt, um Aspergillus niger unter Einwirkung zeitvariabler Wandschubspannung zu kultivieren. In der Kammer kommt es hinter einer rückwärts-gewandten Stufe zur Aufscherung der Grenzschicht der Nährflüssigkeit und zur Bildung von Wirbeln. Diese führen zu zeitlich veränderlichen Wandschubspannungen am Boden der Kammer und treten in Interaktion mit dort wachsendem Pilzmyzel. In Experimenten werden die Auswirkungen dieser Strömungsumgebung auf die Morphologie, die Verteilung und die dynamische Entwicklung der Biomasse, der sekretorischen Vesikel und eines Zielenzyms (Glucoamylase) vermessen und bildanalytisch ausgewertet. Die Wandschubspannung am Boden der Kammer mit rückwärts-gewandter Stufe wird durch CFD-Simulationen als Pseudo-Messwerte prädiziert und für vier Volumenströme des Nährmediums mit den mikroskopischen Aufnahmen verglichen. Obwohl die Quantität der gebildeten Biomasse vom Volumenstrom unbeeinflusst bleibt, bilden sich verschiedenartige morphologische Strukturen nahe der Stufe und im mittleren Bereich der Kammer aus. Während die gemessene Menge der sekretorischen Vesikel bei erhöhter Strömungsbelastung abnahm, erwiesen sich sowohl eine niedrige als auch eine hohe Stömungsbelastung als nachteilig für die Produktion von Glucoamylase.


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    Title :

    Der Einfluss sekretorischer Vesikel auf fungales Wachstum.
    mathematical modeling and experimental cultivation under shear flow


    Subtitle :

    mathematische Modellierung und experimentelle Kultivierung unter Scherströmung


    Additional title:

    The influence of secretory vesicles on fungal growth


    Contributors:

    Publication date :

    2021



    Type of media :

    Miscellaneous


    Type of material :

    Electronic Resource


    Language :

    Unknown



    Classification :

    DDC:    629 / 620 / 579




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